水平配筋對(duì)混凝土框架—配筋砌體性能影響

郭秀芹 馬建勛 黎 瑩

(西安交通大學(xué)，陜西 西安 710018)

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水平配筋對(duì)混凝土框架—配筋砌體性能影響

郭秀芹 馬建勛 黎 瑩

(西安交通大學(xué)，陜西 西安 710018)

通過(guò)有限元非線性方法，采用半分離式模型，模擬了砌體剪力墻的水平配筋率對(duì)混凝土框架—配筋砌塊砌體混合體系協(xié)同工作性能的影響，指出水平配筋能有效提高結(jié)構(gòu)的承載力，改善墻體的變形現(xiàn)象。

砌體墻，水平位移，配筋率，承載力

結(jié)構(gòu)中的配筋砌塊砌體剪力墻主要分擔(dān)水平方向的風(fēng)荷載及地震作用，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)配筋砌塊砌體墻也做了不少研究，得出剪力墻承載力的主要影響因素有：構(gòu)件尺寸、水平鋼筋配筋率、砌體的抗剪強(qiáng)度、灌芯率等。本文主要研究的是水平配筋率在水平荷載作用下對(duì)框架、配筋砌體協(xié)同工作性能影響。

1 水平位移作用下混凝土框架和配筋砌體剪力墻協(xié)同工作的有限元模擬

郭秀芹等研究了框架和配筋砌體墻的組合形式[1]。本文采用半分離式有限元模型[2]進(jìn)行研究，模型所需數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 水平荷載作用下模型數(shù)據(jù)表

模型砌塊砌體采用劉桂秋本構(gòu)模型[3]，灌芯混凝土采用混凝土規(guī)范[4]推薦本構(gòu)模型，鋼筋采用理想彈塑性模型。模型中加載方案：墻體頂部施加水平方向的位移，位移大小視水平配筋率而定。

表2 模型的水平配筋表

組號(hào)鋼筋直徑鋼筋間距mm鋼筋根數(shù)實(shí)際鋼筋A(yù)s/mm2代換后的面積As'/mm2水平配筋率×100G00G1?620014396396.00.13G2?820014704704.00.23G3?102001411001571.40.52G4?122001415822260.00.74G5?142001421543077.110.1

2 模擬計(jì)算結(jié)果和結(jié)果分析

模擬計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 模擬的計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果分析：

砌體墻的水平配筋對(duì)約束墻體的開(kāi)裂有著明顯的作用，隨著水平配筋率的增加，墻體的開(kāi)裂荷載持續(xù)增加，且墻體的開(kāi)裂荷載和水平配筋率幾乎成正比例關(guān)系，從無(wú)配筋到配筋率為1.01%，開(kāi)裂荷載由173.1 kN增加到248.6 kN，增加率為43.6%時(shí)，增加效果顯著，因此加大配筋率可以有效改善砌體墻的開(kāi)裂。同時(shí)整體結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂荷載也隨著配筋率的增加而增加較明顯。

水平配筋能對(duì)墻體形成約束，因此能提高結(jié)構(gòu)的初始抗側(cè)剛度。圖2中，水平配筋率增加，其初始剛度也增大，水平配筋率從0%增加到1.01%時(shí)，砌體墻的初始剛度增加率為38.7%，整體結(jié)構(gòu)的初始剛度也隨墻體水平配筋率的增加而加大。

水平配筋能有效提高墻體的承載力，而極限荷載正是其承載力的體現(xiàn)，因此配置一定量的水平鋼筋能很好的增大墻體的極限荷載。由圖2c)中可以看出，隨著水平配筋的增加，其極限荷載基本是呈線性增加的，尤其是配筋率大于0.23%，當(dāng)配筋率由0%增到1.01%時(shí)，砌體墻的極限荷載則由497 kN增加到640 kN，增加率是28.8%。此時(shí)整體結(jié)構(gòu)的極限荷載也隨著水平配筋率的增加線性增加，增加率是17.3%。

加大水平配筋有效提高了墻體的初始剛度，因此α的值隨著水平配筋的增加而增加。墻β的值也隨著配筋率的增加而加大，且增加的速度比α更顯著。

水平配筋的很大作用就是約束變形，因此水平配筋對(duì)極限位移的影響明顯，整體結(jié)構(gòu)的極限位移隨著水平配筋率的增加而增加，尤其是配筋率大于0.23%，結(jié)構(gòu)的極限位移和配筋率幾乎呈線性關(guān)系。當(dāng)配筋率由0%增到1.01%時(shí)，結(jié)構(gòu)的極限位移由12.5 mm增加到17.0 mm，增加率是33.3%。

由以上的分析可以得出水平配筋能有效改善墻體和結(jié)構(gòu)的承載力及變形，尤其是在配筋率大于0.23%以后，作用更加明顯，因此我們有理由建議砌體墻的水平配筋0.3%以上最為合理。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用有限元非線性方法對(duì)混凝土框架—配筋砌塊砌體混合結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，得到不同的水平配筋率在水平位移作用下對(duì)整體結(jié)構(gòu)和砌體剪力墻的開(kāi)裂荷載、初始剛度、極限荷載與α，β的影響。通過(guò)模擬結(jié)果分析認(rèn)為加設(shè)水平鋼筋能夠提高砌體剪力墻的承載力，也能夠有效改善混合結(jié)構(gòu)砌體墻的變形，因此我們建議砌體剪力墻要配置水平鋼筋，且水平配筋率最好在0.3%以上。

[1] 郭秀芹，馬建勛，成立濤.混凝土框架—配筋砌塊砌體混合結(jié)構(gòu)在豎向力作用下協(xié)同工作性能研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)，2013(1)：23-25.

[2] 李 平.配筋砌塊砌體剪力墻非線性有限元分析[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2005.

[3] 劉桂秋.砌體結(jié)構(gòu)基本受力性能的研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2005.

[4] GB 50010—2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 郭子雄，吳毅彬，黃群賢.砌體填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究現(xiàn)狀與展望[J].地震工程與工程振動(dòng)，2008(3)：16-19.

[6] 胡敏磊.配筋混凝土小型空心砌塊剪力墻在中高層建筑中的應(yīng)用[J].中固高新技術(shù)企業(yè)，2010(8)：69-71.

The influence of the horizontal reinforcement ratio on the collaborative work concrete of frame-reinforced block masonry mixed structure

Guo Xiuqin Ma Jianxun Li Ying

(Xi’anJiaotongUniversitycitycollege,Xi’an710018,China)

According to the non-linear finite element method, the paper adopts the semi-separation model to simulation of the influence of the horizontal reinforcement ratio of the masonry shearing wall on the concrete-framework-reinforced masonry mixed system with the work performance, and points out the horizontal reinforcement can effectively improve the structure’s loading capacity, and improve the deformation of walls.

masonry wall, horizontal displacement, reinforcement ratio, loading capacity

1009-6825(2016)31-0058-02

2016-08-25

郭秀芹(1986- )，女，碩士; 馬建勛(1963- )，男，博士

TU364

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